Er is meer donkere materie dan gewone materie in het heelal, en ze zijn normaal gesproken allemaal met elkaar verweven in sterrenstelsels. Bij een botsing tussen gigantische clusters van sterrenstelsels krijgen hete gaswolken in de clusters wrijving als ze door elkaar gaan en ze van de sterren scheiden. De donkere materie wordt ook niet beïnvloed door deze wrijving, dus astronomen konden het effect van de zwaartekracht ervan op gewone materie berekenen.
Donkere materie en normale materie zijn uiteengereten door de enorme botsing van twee grote clusters van sterrenstelsels. De ontdekking, met behulp van NASA's Chandra X-ray Observatory en andere telescopen, geeft direct bewijs voor het bestaan van donkere materie.
"Dit is de meest energetische kosmische gebeurtenis, naast de oerknal, waarover we weten", zei teamlid Maxim Markevitch van het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Cambridge, Massachusetts.
Deze waarnemingen leveren het sterkste bewijs tot nu toe dat de meeste materie in het universum donker is. Ondanks aanzienlijk bewijs voor donkere materie, hebben sommige wetenschappers alternatieve theorieën voorgesteld voor zwaartekracht waar deze sterker is op intergalactische schalen dan voorspeld door Newton en Einstein, waardoor de behoefte aan donkere materie wordt weggenomen. Dergelijke theorieën kunnen de waargenomen effecten van deze botsing echter niet verklaren.
"Een universum dat wordt gedomineerd door donkere dingen lijkt belachelijk, dus we wilden testen of er fundamentele tekortkomingen in ons denken waren", zegt Doug Clowe van de Universiteit van Arizona in Tucson, en leider van de studie. "Deze resultaten zijn een direct bewijs dat er donkere materie bestaat."
In clusters van sterrenstelsels is de normale materie, zoals de atomen waaruit de sterren, planeten en alles op aarde bestaan, voornamelijk in de vorm van heet gas en sterren. De massa van het hete gas tussen de sterrenstelsels is veel groter dan de massa van de sterren in alle sterrenstelsels. Deze normale materie wordt in de cluster gebonden door de zwaartekracht van een nog grotere massa donkere materie. Zonder donkere materie, die onzichtbaar is en alleen te detecteren is door de zwaartekracht, zouden de snel bewegende sterrenstelsels en het hete gas snel uit elkaar vliegen.
Het team kreeg meer dan 100 uur de tijd om met de Chandra-telescoop de melkwegcluster 1E0657-56 te observeren. Het cluster wordt ook wel het kogelcluster genoemd, omdat het een spectaculaire kogelvormige wolk van honderd miljoen graden gas bevat. De röntgenfoto laat zien dat de kogelvorm wordt veroorzaakt door een wind die wordt veroorzaakt door de snelle botsing van een kleinere cluster met een grotere.
Naast de Chandra-waarneming werden de Hubble-ruimtetelescoop, de Very Large Telescope van de European Southern Observatory en de Magellan-optische telescopen gebruikt om de locatie van de massa in de clusters te bepalen. Dit werd gedaan door het effect van gravitatielensing te meten, waarbij de zwaartekracht van de clusters het licht van achtergrondstelsels vervormt, zoals voorspeld door Einsteins algemene relativiteitstheorie.
Het hete gas bij deze botsing werd vertraagd door een sleepkracht, vergelijkbaar met luchtweerstand. De donkere materie werd daarentegen niet vertraagd door de inslag, omdat deze niet rechtstreeks met zichzelf of het gas interageert, behalve door zwaartekracht. Dit veroorzaakte de scheiding van de donkere en normale materie die in de gegevens wordt gezien. Als heet gas de meest massieve component in de clusters was, zoals voorgesteld door alternatieve zwaartekrachttheorieën, zou een dergelijke scheiding niet zijn gezien. In plaats daarvan is donkere materie vereist.
"Dit is het type resultaat waarmee toekomstige theorieën rekening moeten houden", zegt Sean Carroll, een kosmoloog aan de Universiteit van Chicago, die niet betrokken was bij de studie. "Naarmate we verder gaan om de ware aard van donkere materie te begrijpen, zal dit nieuwe resultaat onmogelijk te negeren zijn."
Dit resultaat geeft wetenschappers ook meer vertrouwen dat de Newtonse zwaartekracht die op aarde en in het zonnestelsel bekend is, ook werkt op de enorme schaal van sterrenstelselclusters.
"We hebben deze maas in de wet over de zwaartekracht gesloten en we zijn dichter dan ooit bij het zien van deze onzichtbare materie gekomen", zei Clowe.
Deze resultaten worden gepubliceerd in een aankomend nummer van The Astrophysical Journal Letters. NASA's Marshall Space Flight Center, Huntsville, Ala., Beheert het Chandra-programma voor de Science Mission Directorate van het agentschap. Het Smithsonian Astrophysical Observatory bestuurt de wetenschap en vluchtoperaties vanuit het Chandra X-ray Center, Cambridge, Mass.
Oorspronkelijke bron: Chandra News Release
